基于有限元分析的钢包回转台优化设计.pdf

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1、设计与制造２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）·机械研究与应用·基于有限元分析的钢包回转台优化设计杜守虎（莱钢集团设备检修中心，山东莱芜　２７１１０４）摘要：某钢厂大包回转台由Ｄａｎｉｅｌ设计，２００３年扩容后增加过渡段，造成大包回转台倾覆力矩增加，载荷频繁冲击造成过度段出现裂纹，采用有限元算法，建立实体模型，对载荷冲击对过度段影响进行模拟，进一步优化设计，延长大包回转台使用寿命。关键词：有限元；载荷冲击；大包回转台；过渡段中图分类号：ＴＨ３４１．６　　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　　文章编号：１

2、００７－４４１４（２０１５）０２－０１１６－０２ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＬａｄｌｅＴｕｒｒｅｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓＤＵＳｈｏｕ－ｈｕ（ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＣｅｎｔｅｒ，ＬａｉｇａｎｇＧｒｏｕｐ，ＬａｉｗｕＳｈａｎｄｏｎｇ　２７１１０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｌａｄｌｅｔｕｒｒｅｔｗｈｉｃｈｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙＤａｎｉｅｌ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎ２００３．Ｔｈ

3、ｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｍａｄｅｔｈｅｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｍｏｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌａｄｌｅｔｕｒｒｅｔｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌｏａｄｓｅｇｍｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｔｓｈｏｃｋｓｍａｄｅｔｈｅｃｒａｃｋｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ａｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｌｏａｄｅｘｃｅｓｓｉｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈ

4、ｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｌａｄｌｅｔｕｒｒｅｔｉｓｅｘｔｅｎｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｌｏａｄｉｍｐａｃｔ；ｌａｄｌｅｔｕｒｒｅｔ；ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎ０　引言支撑。延长设备使用寿命。大包回转台是现代连铸技术应用最普遍的一种１　钢包回转台结构及受力分析钢包承载浇注设备，通常设计位于浇注跨与钢水接收１．１　钢包回转台结构特点跨之间，具有设备重量大，安装更

5、换施工困难等特点。如图１为某钢厂钢包回转台结构图，如图２所示钢包回转台是连铸机的关键设备，起着衔接上下两道为钢包回转台回转支撑座结构。工序侧重要作用，它主要由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动系统、润滑系统及锚固件六部分组成。钢包回转台受力环境复杂，其受力主要特点主要包括：重载，通常钢包满载钢水时重量多达几十吨到几百吨；偏载，其运行工况复杂，在不同阶段可以分为以下几种情况，同时满载、一边满载一边空钢包、一边图１　某钢厂钢包回转台结构满载一边无钢包、两边都无、一边空钢包一边无；同时钢包回转台承受冲击力

6、较大，当钢包安装过程中对回转台产生巨大冲击；此外钢包回转台长期处于热辐射环境。某钢厂１９９８年引进Ｄａｎｉｅｌ１５０×１５０方坯连铸机设备，原设计为４０ｔ，２００３年进行扩容改造为４５～５０ｔ，对钢包回转台进行改造设计，设备运行一段时间后２０１３年钢包回转台出现异响，经检查发现回转台基础出现环形裂纹，多次进行焊接修复，均短期使用再次损坏，针对该问题，选择有限元对钢包回转台受力图２　钢包回转台回转支撑连接座情况进行系统分析，为钢包回转台优化设计提供数据１．上法兰　２．筋板　３．下法兰收稿日期：２０１５－０２

7、－１５作者简介：杜守虎（１９８６－），男，山东莒南人，工程师，主要从事设备检修管理方面的工作。·１１６··机械研究与应用·２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）设计与制造该钢厂钢包回转台主要由回转臂、回转支座、回析，优化筋板布置，如图３为钢包回转台回转底座设转支撑轴承、回转连接支座、传动装置及附件组成，与计图，对回转底座设计分为浇注位机座包位２个方传统钢包回转台相比，该回转台增加一回转连接支面，重点强化该处筋板设计，在不影响与回转支撑连座，主要为扩容改造后，钢包底部加高，为防止回转过接条件下，增多优化布

8、置筋板，减少应力集中。程钢包与中间包基础干涉，在回转支撑与回转支座增加设计一回转连接支座。支撑座主要包括上下法兰，上下法兰厚度为６０ｍｍ，同时在圆周方向设计２０个均匀分布的－３０的钢板作为筋板。１．２　钢包回转台受力分析钢包回转台的运行过程主要分为正常浇注期间、停机时间两个部分，正常浇注期间通常为一个满载钢图３　钢包回转台回转底座设计包开始浇注，另一侧大包开交后没有钢包，起重机吊运满载钢包至大包回转台，冲击载荷实